Genetische (zytogenetische) Artenkriterien werden zusammen mit anderen verwendet, um elementare systematische Gruppen zu unterscheiden, um den Zustand einer Art zu analysieren. In diesem Artikel werden wir die Merkmale des Kriteriums sowie die Schwierigkeiten betrachten, auf die ein Forscher bei der Anwendung stoßen kann.
Was ist eine Ansicht
In verschiedenen Zweigen der Biowissenschaften wird die Art auf ihre eigene Weise definiert. Aus evolutionärer Sicht können wir sagen, dass eine Art eine Ansammlung von Individuen ist, die Ähnlichkeiten in der äußeren Struktur und der inneren Organisation, in physiologischen und biochemischen Prozessen aufweisen, sich unbegrenzt kreuzen können, fruchtbare Nachkommen hinterlassen und genetisch von ähnlichen Gruppen isoliert sind.
Eine Art kann durch eine oder mehrere Populationen vertreten sein und dementsprechend ein ganzes oder zerlegtes Verbreitungsgebiet (Lebensraum/Wassergebiet) haben
Artennomenklatur
Jede Art hat ihren eigenen Namen. Gemäß den Regeln der binären Nomenklatur besteht es aus zwei Wörtern: einem Substantiv und einem Adjektiv. Das Substantiv ist der Gattungsname, und das Adjektiv ist der spezifische Name. Beispielsweise ist im Namen „Dandelion officinalis“die Art „officinalis“einer der Vertreter der Pflanzen der Gattung „Löwenzahn“.
Individuen verwandter Arten innerhalb der Gattung haben einige Unterschiede in Aussehen, Physiologie und ökologischen Vorlieben. Aber wenn sie zu ähnlich sind, wird ihre Artzugehörigkeit durch das genetische Kriterium der Art bestimmt, das auf der Analyse von Karyotypen basiert.
Warum eine Art Kriterien braucht
Carl Linnaeus, der als erster moderne Namen gab und viele Arten lebender Organismen beschrieb, betrachtete sie als unverändert und unveränderlich. Das heißt, alle Individuen entsprechen einem einzigen Artbild, und jede Abweichung davon ist ein Fehler in der Verkörperung der Artidee.
Seit der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts begründen Charles Darwin und seine Anhänger eine völlig andere Artvorstellung. Demnach ist die Art veränderlich, heterogen und beinh altet Übergangsformen. Die Konstanz der Arten ist relativ, sie hängt von der Variabilität der Umweltbedingungen ab. Die elementare Existenzeinheit einer Art ist eine Population. Es ist reproduktiv verschieden und erfüllt die genetischen Kriterien der Art.
Angesichts der Heterogenität von Individuen derselben Art kann es für Wissenschaftler schwierig sein, die Art von Organismen zu bestimmen oder sie zwischen systematischen Gruppen zu verteilen.
Morphologische und genetische Kriterien der Art, biochemische, physiologische, geografische, ökologische, verh altensbezogene (ethologische) Kriterien – all diesKomplexe von Unterschieden zwischen Arten. Sie bestimmen die Isolation systematischer Gruppen, ihre reproduktive Diskretion. Und sie können verwendet werden, um eine Art von einer anderen zu unterscheiden, um den Grad ihrer Verwandtschaft und Position im biologischen System festzustellen.
Charakterisierung des genetischen Kriteriums der Art
Die Essenz dieses Merkmals ist, dass alle Individuen derselben Spezies denselben Karyotyp haben.
Ein Karyotyp ist eine Art chromosomaler "Pass" eines Organismus, er wird durch die Anzahl der in reifen somatischen Körperzellen vorhandenen Chromosomen, ihre Größe und strukturellen Merkmale bestimmt:
- Verhältnis der Chromosomenarmlänge;
- die Position der Zentromere in ihnen;
- das Vorhandensein sekundärer Einschnürungen und Satelliten.
Individuen verschiedener Arten können sich nicht kreuzen. Selbst wenn es möglich ist, Nachkommen zu bekommen, wie bei einem Esel und einem Pferd, einem Tiger und einem Löwen, werden interspezifische Hybriden nicht fruchtbar sein. Dies liegt daran, dass die Hälften des Genotyps nicht gleich sind und eine Konjugation zwischen Chromosomen nicht stattfinden kann, sodass keine Gameten gebildet werden.
Auf dem Foto: ein Maultier - eine unfruchtbare Mischung aus Esel und Stute.
Untersuchungsobjekt - Karyotyp
Der menschliche Karyotyp wird durch 46 Chromosomen dargestellt. Bei den meisten untersuchten Arten liegt die Anzahl der einzelnen DNA-Moleküle im Kern, die Chromosomen bilden, im Bereich von 12 bis 50. Es gibt jedoch Ausnahmen. Die Fruchtfliege Drosophila hat 8 Chromosomen in den Zellkernen, und bei einem kleinen Vertreter der Lepidoptera-Familie Lysandra liegt der diploide Chromosomensatz vor380.
Die elektronenmikroskopische Aufnahme von kondensierten Chromosomen, die es ermöglicht, ihre Form und Größe zu beurteilen, spiegelt den Karyotyp wider. Die Analyse des Karyotyps im Rahmen der Untersuchung des genetischen Kriteriums sowie der Vergleich der Karyotypen untereinander hilft bei der Bestimmung der Art von Organismen.
Wenn zwei Arten eins sind
Das gemeinsame Merkmal von Ansichtskriterien ist, dass sie nicht absolut sind. Das bedeutet, dass die Verwendung von nur einem von ihnen für eine genaue Bestimmung möglicherweise nicht ausreicht. Äußerlich nicht voneinander zu unterscheidende Organismen können Vertreter verschiedener Arten sein. Hier kommt das morphologische Kriterium dem genetischen Kriterium zu Hilfe. Doppelbeispiele:
- Heute sind zwei Arten von schwarzen Ratten bekannt, die zuvor aufgrund ihrer äußeren Identität als eine identifiziert wurden.
- Es gibt mindestens 15 Arten von Malariamücken, die nur durch zytogenetische Analyse unterschieden werden können.
- 17 in Nordamerika vorkommende Grillenarten, die genetisch unterschiedlich, aber phänotypisch mit derselben Art verwandt sind.
- Es wird angenommen, dass es unter allen Vogelarten 5% Zwillinge gibt, für deren Identifizierung es notwendig ist, ein genetisches Kriterium anzuwenden.
- Verwirrung in der Systematik der Bergrinder wurde dank karyologischer Analyse beseitigt. Drei Varietäten von Karyotypen wurden identifiziert (2n=54 für Mufflons, 56 für Argali und Argali und 58 Chromosomen für Urials).
Eine Art der schwarzen Ratte hat 42 Chromosomen, der Karyotyp der anderen wird durch 38 DNA-Moleküle repräsentiert.
Wenn eine Ansicht wie zwei ist
Für Artengruppen mit einem großen Verbreitungsgebiet und einer großen Anzahl von Individuen ist das Vorhandensein von Individuen mit unterschiedlichen Karyotypen charakteristisch, wenn in ihnen eine geografische Isolation herrscht oder Individuen eine breite ökologische Wertigkeit haben. Ein solches Phänomen ist eine weitere Variante von Ausnahmen im genetischen Kriterium der Art.
Beispiele für chromosomale und genomische Polymorphismen sind bei Fischen häufig:
- bei Regenbogenforellen variiert die Anzahl der Chromosomen von 58 bis 64;
- zwei Karyomorphe mit 52 und 54 Chromosomen, gefunden im Weißmeerhering;
- mit einem diploiden Satz von 50 Chromosomen haben Vertreter verschiedener Populationen von Silberkarpfen 100 (tetraploide), 150 (hexaploide), 200 (octaploide) Chromosomen.
Polyploide Formen kommen sowohl in Pflanzen (Ziegenweide) als auch in Insekten (Rüsselkäfer) vor. Hausmäuse und Rennmäuse können unterschiedliche Chromosomenzahlen haben, nicht ein Vielfaches des diploiden Satzes.
Zwillinge vom Karyotyp
Vertreter verschiedener Klassen und Typen können Karyotypen mit der gleichen Chromosomenzahl haben. Es gibt viel mehr solcher Zufälle unter Vertretern derselben Familien und Gattungen:
- Gorillas, Orang-Utans und Schimpansen haben einen Karyotyp mit 48 Chromosomen. Im Aussehen sind die Unterschiede nicht bestimmt, hier müssen Sie die Reihenfolge der Nukleotide vergleichen.
- Geringe Unterschiede in den Karyotypen von nordamerikanischen Bisons und europäischen Bisons. Beide haben 60 Chromosomen in einem diploiden Satz. Sie werden der gleichen Art zugeordnet, wenn sie nur nach genetischen Kriterien analysiert werden.
- Beispiele für genetische Zwillinge finden sich auch bei Pflanzen, insbesondere innerhalb von Familien. Unter den Weidenes ist sogar möglich, interspezifische Hybriden zu erh alten.
Um subtile Unterschiede im genetischen Material solcher Arten aufzudecken, ist es notwendig, die Sequenz der Gene und die Reihenfolge, in der sie enth alten sind, zu bestimmen.
Einfluss von Mutationen auf die Auswertung des Kriteriums
Die Anzahl der Chromosomen des Karyotyps kann als Ergebnis von genomischen Mutationen - Aneuploidie oder Euploidie - verändert sein.
Wenn im Karyotyp eine Aneuploidie auftritt, erscheinen ein oder mehrere zusätzliche Chromosomen, und die Anzahl der Chromosomen kann auch geringer sein als die eines vollwertigen Individuums. Der Grund für diese Verletzung ist die Nichtdisjunktion von Chromosomen im Stadium der Gametenbildung.
Das Bild zeigt ein Beispiel einer menschlichen Aneuploidie (Down-Syndrom).
Zygoten mit einer reduzierten Chromosomenzahl beginnen in der Regel nicht zu zerkleinern. Und polysomische Organismen (mit "zusätzlichen" Chromosomen) können durchaus lebensfähig sein. Bei Trisomie (2n+1) oder Pentasomie (2n+3) weist eine ungerade Chromosomenzahl auf eine Anomalie hin. Tetrasomie (2n+2) kann zu einem tatsächlichen Fehler bei der Artbestimmung nach genetischen Kriterien führen.
| Mutation | Mutationsessenz | Einfluss auf das genetische Kriterium der Art |
| Tetrasomie | Ein zusätzliches Chromosomenpaar oder zwei nicht homologe zusätzliche Chromosomen sind im Karyotyp vorhanden. | Wenn allein nach diesem Kriterium analysiert, kann ein Organismus so klassifiziert werden, als hätte er ein Chromosomenpaar mehr. |
| Tetraploidie | Im Karyotypes gibt vier Chromosomen von jedem Paar statt zwei. | Anstelle einer polyploiden Sorte derselben Art (bei Pflanzen) kann ein Organismus einer anderen Art zugeordnet werden. |
Karyotyp-Multiplikation - Polyploidie - kann den Forscher auch irreführen, wenn der mutierte Karyotyp die Summe mehrerer diploider Chromosomensätze ist.
Kriterium Komplexität: schwer fassbare DNA
Der Durchmesser des DNA-Strangs im unverdrillten Zustand beträgt 2 nm. Das genetische Kriterium bestimmt den Karyotyp in der Zeit vor der Zellteilung, wenn sich dünne DNA-Moleküle wiederholt spiralisieren (kondensieren) und dichte stäbchenförmige Strukturen - Chromosomen - darstellen. Die durchschnittliche Dicke eines Chromosoms beträgt 700 nm.
Schul- und Universitätslabore sind normalerweise mit Mikroskopen mit geringer Vergrößerung (von 8 bis 100) ausgestattet, es ist nicht möglich, die Details des Karyotyps darin zu sehen. Das Auflösungsvermögen eines Lichtmikroskops erlaubt es außerdem, bei jeder, selbst der höchsten Vergrößerung, Objekte zu sehen, die nicht kürzer als die Hälfte der Länge der kürzesten Lichtwelle sind. Die kleinste Wellenlänge ist für violette Wellen (400 nm). Das bedeutet, dass das kleinste im Lichtmikroskop sichtbare Objekt ab 200 nm liegt.
Es stellt sich heraus, dass das gefärbte dekondensierte Chromatin wie trübe Bereiche aussieht und die Chromosomen ohne Details sichtbar sind. Ein Elektronenmikroskop mit einer Auflösung von 0,5 nm ermöglicht es Ihnen, verschiedene Karyotypen deutlich zu sehen und zu vergleichen. In Anbetracht der Dicke der filamentösen DNA (2 nm) ist sie unter einem solchen Gerät deutlich unterscheidbar.
Zytogenetisches Kriterium in der Schule
Aus den oben beschriebenen Gründen ist der Einsatz von Mikropräparaten bei Laborarbeiten nach dem genetischen Kriterium der Art nicht sinnvoll. In Aufgaben können Sie Fotos von Chromosomen verwenden, die unter einem Elektronenmikroskop erh alten wurden. Um das Arbeiten auf dem Foto zu erleichtern, werden einzelne Chromosomen zu homologen Paaren kombiniert und der Reihe nach angeordnet. Ein solches Schema nennt man Karyogramm.
Beispiel Laboraufgabe
Zuweisung. Betrachten Sie die angegebenen Fotos von Karyotypen, vergleichen Sie sie und ziehen Sie eine Schlussfolgerung über die Zugehörigkeit von Individuen zu einer oder zwei Arten.
Fotos von Karyotypen zum Laborvergleich.
An einer Aufgabe arbeiten. Zählen Sie die Gesamtzahl der Chromosomen in jedem Karyotyp-Foto. Wenn sie übereinstimmen, vergleichen Sie sie im Aussehen. Wenn kein Karyogramm angezeigt wird, suchen Sie das kürzeste und das längste unter den Chromosomen mittlerer Länge in beiden Bildern und vergleichen Sie sie nach Größe und Lage der Zentromere. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung über den Unterschied / die Ähnlichkeit von Karyotypen.
Antworten auf die Aufgabe:
- Wenn Anzahl, Größe und Form der Chromosomen übereinstimmen, gehören die beiden Individuen, deren genetisches Material zur Untersuchung vorgelegt wird, zur selben Art.
- Wenn die Anzahl der Chromosomen zweimal unterschiedlich ist und auf beiden Fotos Chromosomen gleicher Größe und Form zu sehen sind, handelt es sich höchstwahrscheinlich um Vertreter derselben Art. Dies sind diploide und tetraploide Karyotypen.form.
- Wenn die Anzahl der Chromosomen nicht gleich ist (sie unterscheidet sich um eins oder zwei), aber im Allgemeinen die Form und Größe der Chromosomen beider Karyotypen gleich sind, sprechen wir von normalen und mutierten Formen der derselben Art (Phänomen der Aneuploidie).
- Bei einer unterschiedlichen Chromosomenzahl sowie einer Nichtübereinstimmung der Merkmale von Größe und Form werden die vorgestellten Individuen anhand des Kriteriums zwei verschiedenen Arten zugeordnet.
In der Ausgabe muss angegeben werden, ob es möglich ist, die Spezies von Individuen basierend auf dem genetischen Kriterium (und nur darauf) zu bestimmen.
Antwort: Es ist unmöglich, da jedes Artkriterium, einschließlich genetischer, Ausnahmen hat und ein fehlerhaftes Ergebnis der Bestimmung liefern kann. Die Genauigkeit kann nur durch die Anwendung einer Reihe von Kriterien der Form.
garantiert werden.
